패터닝 단백질과 세포의 다목적 방법
Summary
This report describes a simple, easy to perform technique, using low pressure vacuum, to fill microfluidic channels with cells and substrates for biological research.
Abstract
Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning techniques work well only with simple shapes, small areas and selected bio-materials. This article describes a method to distribute cell suspensions as well as substrate solutions into complex, long, closed (dead-end) polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels using negative pressure. This method enables researchers to pattern multiple substrates including fibronectin, collagen, antibodies (Sal-1), poly-D-lysine (PDL), and laminin. Patterning of substrates allows one to indirectly pattern a variety of cells. We have tested C2C12 myoblasts, the PC12 neuronal cell line, embryonic rat cortical neurons, and amphibian retinal neurons. In addition, we demonstrate that this technique can directly pattern fibroblasts in microfluidic channels via brief application of a low vacuum on cell suspensions. The low vacuum does not significantly decrease cell viability as shown by cell viability assays. Modifications are discussed for application of the method to different cell and substrate types. This technique allows researchers to pattern cells and proteins in specific patterns without the need for exotic materials or equipment and can be done in any laboratory with a vacuum.
Introduction
조직 공학 및 바이오 센서에서는 μm의 규모 단백질 및 세포의 공간 조직을 제어하는 능력은, 마지막 네 수십 1, 2, 3 위로 갈수록 중요 해지고있다. 단백질 및 세포의 정확한 공간적 조직 연구자들은 세포 증식을 유도하고, 바이오 센서 4, 5, 6, 7, 8의 제조에 생체 분자를 고정하기 위해, 세포의 유사하거나 또는 상이한 유형을 포함하는 셀과 기판 사이의 상호 작용을 조사 할 수있다 9.
패터닝 단백질의 현재의 방법은 포토 패터닝 및 마이크로 콘택트 인쇄를 포함한다. 포토 패터닝은 ultr에 노출시 가교 감광 재료를 사용바이올렛 (UV) 빛. (UV 광 투과를 방지하는 어두운 영역과 투명 영역으로 구성된) 포토 마스크에 관한 UV 빛은 생체 물질 또는 셀 (10), (11)의 후속 연결을 위해 사용할 수있는 특정 지역에 가교 결합시킨다. 이 방식은 매우 정확하고 배양 표면의 지형을 정밀하게 제어 할 수 있지만, 이는 UV 방사 (12)에 의해 패터닝 될 수 UV 성 생체 제한된다. 마이크로 콘택트 인쇄는 특정 단백질 13, 14 패턴의 또 다른 인기있는 방법입니다. 이 방법에서, 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 스탬프 선택된 생체 분자 기판의 용액에 침지되기 전에 표면 개질 다양한 시약으로 처리한다. 그 다음 부드럽게 따라서 배양 표면에 생체 분자를 "스탬프"유리 커버 슬립 또는 다른 표면 상에 가압된다. 호Wever에게는 스탬핑은 PDMS 15 스탬프 표면에 생체 분자의 습윤성뿐만 아니라 전송 될 수있는 물질의 종류로 제한된다.
세포를 직접 패터닝은 더 어려울 수 및 특정 세포 부착 분자 (16) (17)와 스위칭 기판 공판 기반 방법 또는 패터닝과 같은 복잡한 방법에 의존 할 수있다. 이러한 방법으로 인해 호환 세포 접착 기재의 부족 패턴 셀 능력에 제한이 프로세스의 호환성이 중요한 생물학적 세포 및 제약 패터닝 재생의 불일치 및 절차의 복잡도와 함께 작동한다. 예를 들면, 전환 가능한 기질 맞춤 기판 <공정 17에서 사용 된 UV 광 및 열 노출시 열화없이 특정 세포 유형에 대한 그들의 부착 전환 모든 세포 유형을 위해 설계 될 필요 SUP 클래스 = "외부 참조"> 18, 19, 20. 스텐실 기반의 패터닝 방법은 패턴 셀 능력에 다목적; 그러나, 게다가 16, 21에 해당하는 두께로 PDMS 스텐실을 제조하는 것이 곤란하다. 1) 미세 유체 채널의 제조에 용이하고 다양한 세포와 기질 2) 적합성 : PDMS 미세 유체 채널로 세포를 직접 주입은 몇 가지 장점 등이있다. 그러나, 기포를 감소시키는 플라즈마 세정 또는 다른 방법을 사용하지 않고 PDMS의 소수성에 주입 공정 중에 기포 포착의 보급 문제는 어려운 일관 유리 또는 플라스틱 표면 (21)상의 패턴 화 된 세포를 생성 할 수있다.
이 작품은, 모세관 마이크로 몰딩 (22), (23)에 확장아가씨 = "외부 참조"> 24, 25, 26는 마이크로 채널에 단백질 및 세포 현탁액을 주입하는 방법을보고한다. 여기에 사용 된 방법은 기판의 패터닝 및 특정 세포 유형의 직간접 패터닝을 나타낸다. 이 기술은 PDMS의 높은 소수성을 극복 PDMS (27)의 가스 투과성을 이용하여 하나의 기판 또는 세포 주입시 기포의 존재를 제거한다. 이 논문은 여러 가지 기판과 세포 유형과 기술을 사용하는 방법을 보여줍니다. 이 문서에서는 또한 기존의 포토 리소그래피뿐만 아니라 자원에서 유용 간단하고 저렴한 비용으로 접착 테이프 방법 제한 설정 28, 29를 사용하여 소프트 리소그래피를위한 금형의 제작을 강조한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
기존의 포토 리소그래피 소프트 리소그래피, 장비, 재료 및 기존의 포토 리소그래피를 사용하는 데 필요한 기술을위한 금형 제작을위한 잘 확립 된 기술이지만 대부분의 실험실에 쉽게 사용할 수 없습니다. 이 자원에 대한 접근없이 실험실을 위해, 우리는 마이크로 유체 장치를위한 비교적 단순한 기능 주형을 만드는 방법으로 접착 테이프 제조를 제시 하였다. 이 방법은 어떤 기관이 작성하고 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구를위한 자금 조달이 (FHK에) 척수 연구 (NJCSCR)에 뉴저지위원회에 의해 제공되었다 (BLF에) CSCR14IRG005을 부여 NIH는 (CHC에) R15NS087501 및 (ETA까지) FM 커비 재단을 부여합니다.
Materials
| CorelDRAW X4 CAD Drawing Tools | Corel Corporation, Canada | X4 Version 14.0.0.701 | CAD tool used to draw the layout of the microfluidic device |
| Laser Printer HP | Hewlett Packard, CA | 1739629 | Used to print the layout of microfluidic device for adhesive tape technique |
| Bel-Art Dessicator | Fisher Scientific, MA | 08-594-16B | Used to degass the PDMS mixture |
| Adhesive Scotch Tape | 3M Product, MN | Tape 600 | Used to fabricate adhesive tape Master |
| PDMS Sylgard 184 | Dow Corning, MI | 1064291 | Casting polymer |
| Petri Dish | Fisher Scientific, MA | 08-772-23 | Used to keep the mold to cast with PDMS |
| Stainless steel Scalpel (#3) with blade (# 11) | Feather Safety Razor Co. Ltd. Japan | 2976#11 | Used to cut the PDMS |
| Tweezers | Ted Pella, CA | 5627-07 | Used to handle the PDMS cast during peeling |
| Glass slides | Fisher Scientific, MA | 12-546-2 | Used as surface to pattern the Substrate |
| Glass slides | Fisher Scientific, MA | 12-544-4 | Used as surface to pattern the Substrate |
| Rubber Roller | Dick Blick Art Materials, IL | 40104-1004 | Used to attach adhesive tape on glass without trapping air bubbles |
| Laser Mask Writer | Heidelberg Instruments, Germany | DWL66fs | Used to fabricate quartz mask used in photolithography fabrication process |
| EVG Mask Aligner (Photolithography UV exposure tool) | EV Group, Germany | EVG 620T(B) | Used to expose the photoresist to UV light |
| Spin Coater Headway | Headway Research Inc, TX | PWM32-PS-CB15PL | Used to spin coat the photoresist on silicon wafer |
| Photoresists SU-8 50 | MicroChem, MA | Y131269 | Negative photoresist used for mold fabrication |
| SU-8 Devloper | MicroChem, MA | Y020100 | Photoresist developer |
| Tridecafluoro-1,1,2,2-Tetrahydrooctyl-1-Trichlorosilane | UCT Specialties, PA | T2492-KG | Coat mold to avoid PDMS adhesion |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich, MO | 190764 | Cleaning Solvent |
| Ethanol | Sigma-Aldrich, MO | 24102 | Sterilization Solvent |
| Poly-D-Lysine hydrobromide (PDL) | Sigma-Aldrich, MO | P0899-10MG | PDL solution is made at 0.1 mg/mL in Sodium Tetraborate Buffer |
| Laminin | Sigma-Aldrich, MO | L2020 | Laminin aliquoted into 10 µL aliquots and diluted to 20 µg/µL in PBS prior to use |
| BSA | Fisher Scientific, MA | BP1605100 | Cell culture |
| C2C12 Myoblast cell lline | ATCC, VA | CRL-1722 | Used to demonstrate C2C12 patterning |
| PC12 Cell Line | ATCC, VA | CRL-1721 | Used to demonstrate PC12 patterning |
| Collagen type 1, rat tail | BD Biosciences | 40236 | Cell culture |
| DMEM | GIBCO, MA | 11965-084 | Cell culture |
| Horse Serum, heat inactivated | Fisher Scientific, MA | 26050-070 | Cell culture |
| Phalloidin-tetramethylrhodamine B isothiocyanate (TRITC) | Sigma-Aldrich, MO | P1951 | To label cells |
| Calcein-AM live dead cell Assay kit | Invitrogen, MA | L-3224 | Cell viability Assay |
| Biopsy Hole Punch | Ted Pella, CA | 15110-10 | Punched hole in PDMS |
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